- •Второй закон Ньютона. Движение под действием постоянной силы. Машина Атвуда
- •Второй закон Ньютона. Движение под действием постоянной силы. Машина Атвуда
- •4.1 Основные понятия механики
- •4.2 Кинематика равномерного поступательного движения
- •4.3 Преобразования Галилея
- •4.4 Кинематика прямолинейного равноускоренного движения
- •4.5 Кинематика равномерного вращения по окружности
- •Вывод формулы для центростремительного ускорения
- •4.6 Связь поступательного и вращательного движений
- •4.7 Динамика. Законы Ньютона. Принцип относительности Галилея
- •4.8 Первый закон Ньютона
- •4.9 Понятие массы
- •4.10 Второй закон Ньютона
- •4.11 Третий закон Ньютона
- •4.12 Принцип относительности Галилея
- •4.13 Определение ускорения свободного падения с помощью машины Атвуда
- •4.14 Методика измерений
- •5 Порядок выполнения работы
- •6 Содержание отчета
- •7 Контрольные вопросы и задания
- •8 Литература
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Егорьевский технологический институт (филиал)
федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»
(ЕТИ ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН»)
Факультет технологии и управления производствами
Кафедра естественнонаучных дисциплин
Второй закон Ньютона. Движение под действием постоянной силы. Машина Атвуда
Методические указания к выполнению лабораторной работы
ЕТИ. Ф.ЛР.02.
г. Егорьевск 2014
Составители: _____________ В.Ю. Никифоров, ст. преподаватель ЕНД
В методических указаниях рассмотрены основные понятия механики, кинематики и динамики поступательного и вращательного движений, изучение динамики поступательного движения связанной системы тел с учетом силы трения; определение ускорения свободного падения с помощью машины Атвуда, оценка роли трения как источника систематической погрешности при определении ускорения свободного падения на лабораторной установке.
Методические указания предназначены для студентов 1 курса, обучающихся по направлениям подготовки бакалавров: 151900 Конструкторско-технологическое обеспечение автоматизированных машиностроительных производств, 220700 Автоматизация технологических процессов и производств, 280700 Техносферная безопасность для лабораторных работ по дисциплине "Физика.
Методические указания обсуждены и одобрены на заседании учебно-методической группы (УМГ) кафедры ЕНД
(протокол № ___________ от __________г.)
Председатель УМГ _____________ Г.Г Шабаева
Второй закон Ньютона. Движение под действием постоянной силы. Машина Атвуда
Цель работы: изучение динамики поступательного движения связанной системы тел с учетом силы трения; оценка роли трения как источника систематической погрешности при определении ускорения свободного падения на лабораторной установке.
Оборудование: установка «машина Атвуда», набор грузов, электронный секундомер
Содержание работы
3.1 Изучить теоретический материал.
3.2 Определите массу m0 страгивающего перегрузка
3.3 Определите экспериментально зависимость времени падения t груза от высоты h.
3.4 Определите опытным путём зависимость времени падения t от массы m перегрузка.
3.5 По результатам измерений зависимости времени падения t груза от высоты h построить в осях координат х = , у = t прямую t= t(). По наклону прямой определитеа.
3.6 По результатам измерений зависимости времени падения t от массы m перегрузка в осях координат х =, у= t постройте прямую t = t ()
3.7 По наклону прямой с помощью соотношения (44) определите ускорение свободного падения g и погрешность Dg.
3.8 Сделать вывод. Записать полученный результат в виде g=±Δg.
3.9 Оформить отчет.
Теоретические сведения к работе
4.1 Основные понятия механики
Изменение положения тела в пространстве по отношению к другим телам с течением времени называется механическим движением. Раздел физики, изучающий механическое движение, называется механикой. Раздел механики, изучающий движение тел независимо от причин, вызвавших это движение, называется кинематикой.
При движении в пространстве точки тела описывают траектории.
Простейшими видами механического движения являются поступательное движение (такое движение, при котором прямая, проведенная через любые две точки тела, перемещается параллельно самой себе) и вращательное движение (все точки тела описывают концентрические окружности вокруг общей оси).
Во многих случаях движущееся тело можно рассматривать как материальную точку (если размеры тела малы по сравнению с расстояниями до других тел и его ориентация несущественна). Если это не оговорено особо, во всех задачах механики, рассматриваемых ниже, это условие выполняется, так что можно говорить о движении материальных точек. Например, расстояние от Земли до Солнца (1,5·108 км) много больше размеров как Земли (6,4·103 км), так и Солнца (7·105 км), поэтому с хорошей точностью можно рассматривать движение этих (и всех других) тел Солнечной системы как движение материальных точек. При изучении полета теннисного мяча можно во многих случаях пренебречь его размерами.
Движение тела в пространстве математически описывается в произвольно выбранной системе отсчета. Система отсчета состоит из:
1. Тела отсчета О.
2. Системы координат (в данном случае декартовой).
3. Часов, синхронно идущих во всех точках пространства.
Рисунок 1 Система отсчёта
С точки зрения наблюдателей в разных системах отсчета одно и то же движение может выглядеть совершенно по-разному. Механическое движение относительно.
Положение материальной точки в пространстве в заданный момент времени определяется радиусом-вектором этой точки (t). В декартовой системе координат
;
(1)
Задание декартовых координат x(t), y(t) и z(t) как функций времени определяет закон движения материальной точки. Частными случаями движения являются движение в заданной плоскости (для его описания достаточно двух координат x(t) и y(t)) и движение вдоль заданной прямой (ее всегда можно выбрать за ось x декартовой системы).
Рисунок 2 Радиус-вектор к заданной точке
При движении материальной точки конец радиуса-вектора, проведенного в эту точку, описывает траекторию. Каждая точка траектории соответствует значениям координат x, y, z в данный момент времени. Например, при движении на плоскости траектория может быть задана как кривая, описываемая функцией y(x). Длина траектории между начальной и конечной точками называется путем, а вектор, соединяющий начальную и конечную точки траектории, называется перемещением. Если начальная и конечная точки заданы радиусами-векторами и, то перемещение = – .
Рисунок 3 Траектория, путь, перемещение точки
Напомним, что векторы складываются одним из двух эквивалентных способов:
а) начала двух векторов совмещаются, и на этих векторах строится параллелограмм, диагональ которого равна сумме векторов (правило параллелограмма);
б) начало второго вектора совмещается путем параллельного переноса с концом первого вектора, и проводится вектор, соединяющий начало первого и конец второго векторов.
Рисунок 4 Траектория, путь, перемещение точки
Если точка последовательно совершает несколько перемещений, то полное перемещение равно векторной сумме отдельных перемещений:
Следует обратить внимание на то, что величина перемещения s = ||, вообще говоря, не совпадает с путем (например, вернувшись в ту точку, откуда начато движение, тело проходит отличный от нуля путь, но перемещение равно нулю). В случае одномерного движения проекция перемещения sх=x – x0 может быть как положительной, так и отрицательной.
Единицами измерения пройденного пути и времени в СИ являются метр (м) и секунда (с). Размерность какой-то физической величины обозначается символом этой величины в квадратных скобках. Таким образом, [l] = = м, [t] = с.